DE10019486A1 - Arrangement for the inspection of object surfaces - Google Patents

Arrangement for the inspection of object surfaces

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Abstract

The invention relates to an inspection system for optically examining the surfaces of objects to detect surface errors. The system scans image strips and, consequently, a given surface rapidly and with sufficient resolution using a linescan camera and an upstream microscope by aligning the captured lines.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur optischen Prüfung von Oberflächen auf darin enthaltene Feh­ ler.The invention relates to an arrangement and a method for optical inspection of surfaces for defects ler.

In der automatischen Fertigung von Industrieteilen, insbeson­ dere von Halbleitererzeugnissen und insbesondere erläutert am Beispiel eines Halbleiterwafers spielt die Qualitätskontrolle eine wesentliche Rolle. Die Oberfläche eines Wafers sollte frei sein von Muschelaufbrüchen nach einem Sägeprozess, frei von Partikeln, und es sollten Verknüpfungseinheiten wie Si­ cherungen (Fuse) intakt sein. Zur entsprechenden Prüfung der Oberfläche zur Erkennung von Mängeln sollten Einrichtungen oder Verfahren angewandt werden, die in die Fertigungsorgani­ sation integrierbar sind.In the automatic production of industrial parts, in particular those of semiconductor products and in particular explained on Quality control plays an example of a semiconductor wafer an essential role. The surface of a wafer should be free of shell break-outs after a sawing process, free of particles, and linking units such as Si fuses are intact. To check the corresponding Defect detection surface should be facilities or processes that are used in the manufacturing organization sation can be integrated.

Je nach Größe eines Testobjektes und je nach geforderter Auf­ lösung kann zwischen einzelnen Verfahrensschritten in der Fertigung beispielsweise eine manuelle Sichtprüfung mit schräg einfallendem Licht und mit einem Testobjekt geschehen, das taumelnde Bewegungen ausführt. Weiterhin kann eine auto­ matische Inspektion mit einer Zeilenkamera erfolgen, indem über das Objekt einmal hinweggescannt wird. Die Pixelanzahl der Zeile und die Bildbreite ergeben die Pixelauflösung je Zeileneinheit. Dies liegt typischerweise bei 40 µm.Depending on the size of a test object and the required opening solution can be found between individual process steps in the Manufacturing, for example, with a manual visual inspection obliquely incident light and done with a test object, that makes wobbling movements. Furthermore, an auto matically inspected with a line scan camera by is scanned once over the object. The number of pixels the line and the image width give the pixel resolution each Line unit. This is typically 40 µm.

Weiterhin ist die automatische Inspektion bei einem üblichen Scan-Vorgang bekannt. Dabei wird mit einer zweidimensional auflösenden Kamera die Oberfläche des Testobjektes abges­ cannt. Variationen in der Beleuchtung ermöglichen unter­ schiedlich hohe Auflösungen. Die Inspektion mit einer Laser­ abtastung nach unterschiedlichen Prinzipien ist eine weitere Methode aus dem Stand der Technik. Meist tastet dabei der Laserstrahl das Objekt ab, wobei sich Objekt und Laserstrahl mit hoher Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen.Furthermore, the automatic inspection is a common one Scanning process known. This is done with a two-dimensional resolving camera the surface of the test object canned. Variations in lighting allow under different resolutions. Inspection with a laser scanning according to different principles is another State of the art method. Usually the laser beam is scanned  the object, taking object and laser beam move relative to each other at high speed.

Das für die automatische Inspektion von Waferoberflächen aus­ sichtsreichste Verfahren aus dem Stand der Technik ist die automatische Inspektion mit einer zweidimensional auflösenden Kamera. Weiterhin wird jedoch auch die manuelle Sichtprüfung angewandt.For the automatic inspection of wafer surfaces The most visible process from the prior art is the automatic inspection with a two-dimensional resolution Camera. However, manual visual inspection also continues applied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für die Ferti­ gung ausreichend schnelle und zuverlässige Anordnung und ein Verfahren für die Prüfung von Oberflächen an Testobjekten zur Verfügung zu stellen, wobei gleichzeitig eine ausreichend ho­ he Auflösung erzielbar ist.The invention has for its object one for the Ferti sufficiently quick and reliable arrangement and a Methods for the testing of surfaces on test objects To provide, at the same time a sufficient ho he resolution can be achieved.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht jeweils durch den Gegens­ tand des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 3.This problem is solved by the opposite Status of claim 1 or claim 3.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Inspek­ tion von Oberflächen eines Testobjektes eine Anordnung in ei­ nem Messkopf bestehend aus einer eindimensional auflösenden Zeilenkamera, einer Optik und einer Beleuchtung in Verbindung mit einem hoch auflösenden Positioniersystem eingesetzt wer­ den kann, wobei das Positioniersystem das Testobjekt relativ zu dem Messkopf mit der Zeilenkamera bewegt. Dabei ist insbe­ sondere vorgesehen, dass die gesamte Oberfläche des Testob­ jektes oder vorgegebene Bereiche davon von der schrittweise oder kontinuierlich einen Bildstreifen erzeugenden Kamera ab­ gefahren werden. Das Auslesen der Bildzeile bzw. der einzel­ nen Bildelemente der Bildzeile kann seriell oder parallel ge­ schehen. Für die Inspektion der Oberfläche des Testobjektes werden Messkopf und Testobjekt so langen mäanderförmig rela­ tiv zueinander bewegt, bis die gewählte Oberfläche vollstän­ dig abgerastert ist. Die hierdurch entstehenden Bildstreifen werden online ausgewertet oder zu einem Gesamtbild zusammen­ gesetzt und anschließend ausgewertet. The invention is based on the knowledge that inspec tion of surfaces of a test object an arrangement in egg a measuring head consisting of a one-dimensional resolution Line scan camera, optics and lighting in connection with a high-resolution positioning system that, the positioning system relative to the test object moved to the measuring head with the line scan camera. Here is esp special provided that the entire surface of the test ob jektes or predetermined areas of which from the gradual or continuously from a camera producing an image strip be driven. Reading the image line or the individual Picture elements of the picture line can be serial or parallel happen. For the inspection of the surface of the test object the measuring head and the test object are meandering for so long tiv moved towards each other until the selected surface is complete dig is scanned. The resulting stripes are evaluated online or together to form an overall picture set and then evaluated.  

Es ist besonders vorteilhaft, als Optik ein Mikroskop einzu­ setzen. Dies ermöglicht bei herkömmlicher Beleuchtung die aufzufindenden Defekte in der Oberfläche eines Objektes mit­ besserer Auflösung darzustellen.It is particularly advantageous to use a microscope as optics put. This enables the with conventional lighting defects to be found in the surface of an object to represent better resolution.

Zur vollständigen Untersuchung einer Oberfläche eines Objek­ tes wird ein Messkopf bzw. eine Zeilenkamera mit einem Objek­ tiv oder einem Mikroskop relativ zu dieser Oberfläche verfah­ ren. Dies geschieht durch die laterale Bewegung eines Objek­ tes, das auf einem Positioniersystem befestigt ist. Dieses Positioniersystem erfüllt hinsichtlich der für die Inspektion notwendigen Auflösung auf der Bildseite über eine entspre­ chend feine Rasterung bzw. Positionsbestimmung bei der late­ ralen Bewegung des Objektes. Der relative Verfahrweg zwischen Zeilenkamera und Objekt kann vorzugsweise mäanderförmig, spi­ ralförmig oder kreisförmig sein. Für kreisrunde Waferscheiben eignet sich am besten die spiralförmige oder kreisförmige Re­ lativbewegung. Zur Auswertung der gesamten Objektszene sind die hintereinander, aufgenommenen von der Zeilenkamera, de­ tektierten Bildstreifen Teile eines Gesamtbildes, das in ei­ ner Auswerteeinheit zusammengesetzt wird. Die Auswertung des Bildes hinsichtlich auftretender Oberflächenfehler kann gleichzeitig oder später anhand von vorgegebenen Kategorisie­ rungsmerkmalen erfolgen.For a complete examination of a surface of an object It becomes a measuring head or a line scan camera with an object tiv or a microscope relative to this surface ren. This happens through the lateral movement of an object tes, which is attached to a positioning system. This Positioning system complies with that for inspection necessary resolution on the image side via a correspond accordingly fine grid or position determination in the late ralen movement of the object. The relative travel distance between Line scan camera and object can preferably be meandering, spi be rally-shaped or circular. For circular wafer slices the spiral or circular Re is best suited relative movement. To evaluate the entire object scene the one after the other, taken by the line scan camera, de Detected image strips parts of an overall picture, which in egg ner evaluation unit is assembled. The evaluation of the Image with regard to surface defects at the same time or later on the basis of predefined categories characteristics.

Zur Handhabung von verschiedenartig reflektierenden Oberflä­ chen, insbesondere von spiegelnden Oberflächen ist es vor­ teilhaft, unterschiedliche Beleuchtungsarten hinsichtlich Hellfeld, Dunkelfeld oder auch Durchlicht zur Verfügung zu haben.For handling various types of reflective surfaces Chen, especially from reflective surfaces partial, different types of lighting regarding Brightfield, darkfield or even transmitted light are available to have.

Im folgenden werden anhand von schematischen Figuren Ausfüh­ rungsbeispiele beschrieben.In the following, diagrammatic figures will be used described examples.

Fig. 1 zeigt eine Zeilenkamera, die in Bewegungsrichtung 2 relativ zum insgesamt aufzunehmenden Bildstreifen 1 hintereinander eine Vielzahl von Zeilen 5 auf der Ob­ jektoberfläche aufnimmt. Fig. 1 shows a line camera which in the direction of movement 2 relative to the total image strip 1 to be recorded in succession a plurality of lines 5 on the object surface.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Gesamtbildes, welches durch mä­ anderförmiges Abfahren der Objektoberfläche entspre­ chend Fig. 1 und anschließendem Zusammensetzen der Bildstreifen zu einem Gesamtbild entsteht. Fig. 2 shows the structure of the overall picture, which is formed by meandering movement of the object surface accordingly Fig. 1 and then assembling the image strips to form an overall picture.

Fig. 3 zeigt eine aktuell aufgenommene Zeile 5, die hinter­ einander aufgenommen einen Ring auf einer Objektober­ fläche überstreicht. Fig. 3 shows a currently recorded line 5 , the one behind the other sweeps a ring on an object surface.

Ein wesentlicher Vorteil beim Einsatz einer Zeilenkamera zur Inspektion von Objektoberflächen liegt in der vereinfachten deren Beleuchtung. Zusätzlich können bei gleicher Auflösung größere Proben analysiert werden als beim Einsatz einer zwei­ dimensional auflösenden Kamera. Somit stehen größere Strei­ fenbreiten zur Verfügung, um eine Analyse der Oberfläche ei­ nes Objektes zu bewerkstelligen. Mit einer zweidimensional auflösenden Kamera ist beispielsweise ein Ausschnitt mit 1000 × 1000 Pixel möglich bei 8k Pixeln × Auflösung je Pixel. Bei einer eindimensional auflösenden Zeilenkamera, die quer zur Längserstreckung der Zeile verfahren wird in Verbindung mit einem hoch auflösenden Positioniersystem für ein Objekt, ist beispielsweise eine Auflösung von 1 µm möglich, wenn bei­ spielsweise eine Zeile mit 8000 Bildelementen (8k Pixel) ein­ gesetzt wird und die Relativbewegung zwischen Objekt und Ka­ mera 10 mm/sec beträgt. Der weitere Vorteil besteht in der kontinuierlichen Bildaufnahme. Im Gegensatz dazu sind mit ei­ ner zweidimensionalen Kamera eine Mehrzahl von zur gegensei­ tigen Orientierung im Randbereich überlappten Einzelbilder notwendig.A major advantage when using a line scan camera Inspection of object surfaces lies in the simplified their lighting. In addition, with the same resolution larger samples are analyzed than when using a two dimensional resolution camera. Thus, there are major disputes window widths are available for an analysis of the surface to accomplish an object. With a two-dimensional resolution camera is, for example, a section with 1000 × 1000 pixels possible with 8k pixels × resolution per pixel. At a one-dimensional line scan camera that runs across the The length of the line is traversed in conjunction with a high-resolution positioning system for an object for example, a resolution of 1 µm is possible if at for example a line with 8000 picture elements (8k pixels) is set and the relative movement between object and Ka mera is 10 mm / sec. The other advantage is that continuous image acquisition. In contrast, with egg ner two-dimensional camera a plurality of to the opposite orientation in the border area overlapping individual images necessary.

Die Erfindung kann insbesondere für sämtliche Arten der opti­ schen Inspektion an Waferoberflächen verwendet werden. The invention can in particular for all types of opti inspection on wafer surfaces.  

Eingesetzt wird eine eindimensional auflösende Zeilenkamera mit beispielsweise 4000 oder 8000 Pixeln, ein hochgenau posi­ tionierbarer bzw. eine Objektposition einstellender Positio­ niertisch, eine Beleuchtung, eine Optik, insbesondere ein Mikroskop, das zwischen Kamera und Objekt positioniert ist und eine Bildverarbeitung zur Speicherung der aufgenommenen Daten sowie zur Analyse dieser Bilddaten. Die Analyse der Bilddaten kann gleichzeitig (online) oder nachträglich ge­ schehen. In Fig. 1 wird gezeigt, wie die zu inspizierende Oberfläche mit der Zeilenkamera 4 mäanderförmig entsprechend der vorgegebenen Bewegungsrichtung 2 aufgenommen wird. Dies kann entsprechend Fig. 3 auch kreisförmig geschehen, wobei mehrere Kreise mit unterschiedlichen Radien abgefahren wer­ den. Während des Scan-Vorganges wird das Objekt mit Hilfe ei­ ner Positioniervorrichtung präzise unter der Zeilenkamera be­ wegt.A one-dimensional line scan camera with, for example, 4000 or 8000 pixels, a positioning table that can be positioned with great precision or an object position, lighting, optics, in particular a microscope, which is positioned between the camera and the object, and image processing for storing the recorded data are used as well as to analyze this image data. The image data can be analyzed simultaneously (online) or subsequently. In FIG. 1 as the surface to be inspected is taken by the line camera 4 meandering shape corresponding to the predetermined movement direction 2 is shown. This can according to Fig. 3 also happen circular, wherein a plurality of circles with different radii worn who the. During the scanning process, the object is moved precisely under the line scan camera using a positioning device.

In Fig. 1 wird dargestellt, dass die Kamera 4 beispielsweise ein Mikroskop vorgeschaltet hat, aktuell eine Zeile 5 auf­ nimmt und durch schrittweise bzw. kontinuierliche Aneinander­ reihung einer Vielzahl von Zeilen 5 ein Bildstreifen 1 aufge­ nommen wird. Dabei erstreckt sich die Breite einer Zeile 5 (Längserstreckung) in x-Richtung und die Breite einer Zeile 5 in y-Richtung (0 Bewegungsrichtung). Somit wird insgesamt ein Bildstreifen 1 durch Aneinanderreihung von Zeilen 5 erzeugt.In Fig. 1 it is shown that the camera 4 has, for example, a microscope upstream, currently records a line 5 and an image strip 1 is taken up by stepwise or continuously lining up a plurality of lines 5 . The width of a row 5 (longitudinal extension) extends in the x direction and the width of a row 5 in the y direction (0 direction of movement). In total, an image strip 1 is produced by lining up rows 5 .

Fig. 2 zeigt am Anfang des Aufnahmevorganges eine bereites eingescannte Fläche. Der Bildstreifen 1, der zu detektieren ist, ist vorher definiert worden. Der Verfahrweg, d. h. die Bewegungsrichtung 2, in der die Bildstreifen 1 aufgenommen werden, liegt ebenfalls fest. Somit kann die gesamte vorbe­ stimmte Oberfläche eines Objektes detektiert werden. Fig. 2 shows a ready scanned surface at the beginning of the recording process. The image strip 1 to be detected has been previously defined. The travel path, ie the direction of movement 2 in which the image strips 1 are recorded, is also fixed. Thus, the entire predetermined surface of an object can be detected.

Während eines Abtastvorganges wird die Bildstreifenposition des Streifenanfanges mit der Position des Positioniersystems verknüpft. Hierdurch ist die relative Zuordnung der Bild­ streifen 1 zueinander bekannt. Eine weitere Anwendung sieht vor, dass von einem Wafer nur die Hälfte eingescannt wird und der Träger des Wafers (Chuck), auf dem der Wafer aufliegt, wird vor einem zweiten Abtastvorgang um 180° gedreht. Somit wird insgesamt mit einachsiger Positionierung der gesamte Wa­ fer abgescannt.The image strip position becomes during a scanning process the beginning of the strip with the position of the positioning system connected. This is the relative mapping of the picture strip 1 known to each other. Another application sees  that only half of a wafer is scanned and the carrier of the wafer (chuck) on which the wafer rests, is rotated by 180 ° before a second scan. Consequently the entire wa fer scanned.

Die Beleuchtung der Objektoberfläche kann eine Dauerbeleuch­ tung sein, bei spezifischen Anforderungen können jedoch auch Blitze eingesetzt werden. Zur Darstellung einer kreis- bzw. ringförmigen Abtastung wird in der Regel das Objekt in Rota­ tion versetzt. Die Entscheidung, welche Beleuchtungsart, Hellfeld, Dunkelfeld oder Durchlicht, verwendet wird, ist ab­ hängig von dem erzielbaren Kontrast auf der Objektoberfläche. Es soll beispielsweise bei der Inspektion eine Auflösung von 1 µm bei der Abbildung des Objektes auf einem Halbleiterchip vorliegen, so könnte beispielsweise das System mit 10 MHz entsprechend 10 Megapixeln pro Sekunde betrieben werden.The lighting of the object surface can be a permanent light but also with specific requirements Flashes are used. To represent a circular or ring-shaped scanning is usually the object in rota tion offset. Deciding what type of lighting Brightfield, darkfield or transmitted light, is used is off depending on the achievable contrast on the object surface. For example, a resolution of 1 µm when imaging the object on a semiconductor chip the system could be at 10 MHz, for example corresponding to 10 megapixels per second.

Claims (10)

1. Anordnung zur Inspektion von Objektoberflächen, bestehend aus:
einer eindimensional auflösenden Halbleiterkamera (4),
einer zwischen Objekt und Halbleiterkamera (4) befindli­ chen Optik,
einer Beleuchtungseinheit,
einem das Objekt tragenden hochauflösenden Positionier­ system,
wobei Objekt und Halbleiterkamera relativ zueinander verfahr­ bar und positionierbar sind.1. Arrangement for the inspection of object surfaces, consisting of:
a one-dimensional resolving semiconductor camera ( 4 ),
optics located between the object and the semiconductor camera ( 4 ),
a lighting unit,
a high-resolution positioning system carrying the object,
whereby the object and the semiconductor camera can be moved and positioned relative to one another. 2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Optik durch ein Mik­ roskop oder ein Objektiv dargestellt ist.2. Arrangement according to claim 1, wherein the optics by a mic roskop or a lens is shown. 3. Verfahren zur Inspektion von Objektoberflächen unter Ver­ wendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Halbleiterkamera (4), Optik und Beleuchtung derart mäanderförmig, spiralförmig oder kreisförmig, relativ zum Objekt verfahren werden, bis die Objektoberfläche oder vorbestimmte Teilflächen vollständig abgerastert sind.3. A method for inspecting object surfaces using an arrangement according to one of claims 1 or 2, wherein the semiconductor camera ( 4 ), optics and lighting are moved in such a meandering, spiral or circular manner relative to the object until the object surface or predetermined partial areas are completely scanned are. 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei von der Halbleiterkamera nacheinander aufgenommene Bildstreifen (1) in einer Aus­ werteeinheit aktuell ausgewertet oder zu einem Gesamtwert zusammengesetzt und anschließend ausgewertet werden.4. The method according to claim 3, wherein image strips ( 1 ) recorded one after the other by the semiconductor camera are currently evaluated in an evaluation unit or combined to form a total value and then evaluated. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei im Durchlicht, im Hellfeld oder im Dunkelfeld beleuchtet wird.5. The method according to any one of claims 3 or 4, wherein in Transmitted light, illuminated in the bright field or in the dark field becomes. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-5, wobei die Ober­ fläche von Wafern inspiziert wird. 6. The method according to any one of claims 3-5, wherein the upper surface of wafers is inspected.   7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Positioniersystem entsprechend der Kamerabelichtung getriggert wird.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the positioning system according to the camera exposure is triggered. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Beleuchtung Blitze verwendet werden.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein flashes can be used for lighting. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtung als Durchlichtbeleuchtung und/oder Auf­ lichtbeleuchtung dargestellt ist und die Auflichtbeleuch­ tung als Dunkelfeld- oder Hellfeldbeleuchtung ausgeführt ist.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the illumination as transmitted light illumination and / or on light lighting is shown and the incident light designed as dark field or bright field lighting is. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Durchlichtbeleuchtung LEDs (lichtemittierende Dio­ den) verwendet werden.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein for transmitted light illumination LEDs (light emitting diodes den) can be used.
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